[发明专利]一种吩噻嗪类电子给体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机小分子合成领域，涉及一种吩噻嗪类有机小分子给体的制备方法。

背景技术

将太阳能转化为电能一直是科研工作者们的研究热点之一，并且研究成果可观。有机太阳能电池凭借其环保、能源可再生、低成本等优势成为这一领域的有力竞争者。有机太阳能电池由ITO阳极金属阴极以及两电极之间的光活性层组成，其中光活性层是有电子给体材料和电子受体材料混合而成。噻吩嗪由于其结构含富电子硫和氮杂环，具有良好的空穴传输性能，其独特的光电性能使其应用于电子给体材料时具有很大的潜力。作为给体材料，该分子通常需要较窄的带隙以便其吸收光谱与可见光谱匹配。

本发明设计并合成了一系列的基于噻吩嗪的有机给体小分子，相较于其他给体材料其特征在于以[1,4]苯并噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪为核心单元和电子供体单元，以氰基丙烯酸辛酯为电子受体单元，构成A-D-A型窄带隙给体分子，同时引入噻吩为π键，增加共轭链长，进一步合成了A-π-D-π-A型分子，减小了带隙。

发明内容

本发明提供了了一种基于[1,4]苯并噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪的有机小分子给体及其制备方法。

一种吩噻嗪类电子给体材料，具有以下结构式：

其中，R为氢原子或烷基。

上述吩噻嗪类电子给体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)通过溴代反应将核心单元3和10位取代为溴原子：将原料7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪溶于氯仿/醋酸溶液中，N₂氛围下，与NBS反应，用水/二氯甲烷体系萃取反应液多次，有机相干燥后旋干后柱层析分离得到中间体2黄色油状物3,10-二溴-7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪；

2)通过Suzuki偶联反应给核心单元接上噻吩单元：N₂氛围下将中间体2、2-(4-己基-2-噻吩基)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧戊硼烷、乙醇和Pd(PPh₃)₄加入到甲苯溶液中，然后加入饱和K₂CO₃溶液，搅拌回流反应；用水/二氯甲烷体系萃取反应液，有机相干燥后旋干，柱层析分离得到中间体3黄色油状物3,10-二(4-己基噻吩-2-基)-7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪；

3)通过Vilsmeier反应给噻吩单元上醛基：N₂氛围下，向DMF的1,2-二氯乙烷溶液中加入POCl₃，搅拌一段时间后，加入中间体3的1,2-二氯乙烷溶液，回流反应后，水洗反应液，随后以二氯甲烷萃取，有机相干燥旋干后进行柱层析分离得到中间体4黄色固体5,5'-(7,14-二烷基-7,14-二氢苯并[5,6][1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪-3,10-二基)二(3-己基噻吩-2-醛)；

4)通过Knoevenagel缩合反应制备目标产物，取中间体4、醋酸铵和氰基乙酸酯溶于乙酸中回流反应，反应结束后将反应液倒入冷水中，以二氯甲烷萃取，有机相干燥旋干后进行柱层析分离得到目标产物。

一种吩噻嗪类电子给体材料，具有以下结构式：

其中，R为氢原子或烷基。

上述吩噻嗪类电子给体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)通过Vilsmeier反应在核心单元的3和10位取代醛基：N₂氛围下，向N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入POCl₃搅拌反应，加入7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪的DMF溶液，升温回流反应，水洗过滤除去DMF和POCl₃，干燥后柱层析分离得到中间体1黄色粉末7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪-3,10-二醛；

2)通过Knoevenagel缩合反应制备目标产物，取中间体1、醋酸铵和氰基乙酸酯溶于乙酸中回流反应，反应结束后将反应液倒入冷水中，以二氯甲烷萃取，有机相干燥旋干后进行柱层析分离得到目标产物。

相对于现有技术，本发明的优点为：

本发明的吩噻嗪类电子给体材料拥有大的共轭结构，空穴传输性能好，并且具有带隙窄、在可见光区吸收较好、溶解性好等优点。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1